JP7843784B2 - Quick nozzle replacement system for atomizers - Google Patents

Quick nozzle replacement system for atomizers

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Description

本発明は、金属粉末の製造に関し、特に、積層造形のための微粉化による金属粉末の製造に関する。本発明はまた、その鋼粉末を製造するための設備に関し、特に微粉化プロセスに使用されるノズルに焦点を当てる。 This invention relates to the production of metal powders, and more particularly to the production of metal powders by micronization for additive manufacturing. The invention also relates to equipment for producing steel powders, and more particularly to nozzles used in the micronization process.

溶鋼を微粉化して金属粉末を製造することが知られている。溶融金属は、圧力下でノズルに押し込むことによって、かつ流体のジェットを衝突させることによって、微細な金属液滴に微小化され、前記流体は液体(例えば、水)または気体(例えば、窒素、アルゴン、空気または任意の他の適切なガス)のいずれかである。流体は、ノズルを出るときに金属流に当たり、乱流を生成し、その結果、液滴が形成され、次いで金属粉末の形態で凝固する。次いで、前記粉末は、さらなる処理のために収集される。 It is known that molten steel can be pulverized to produce metal powder. The molten metal is atomized into fine metal droplets by forcing it into a nozzle under pressure and impacting it with a jet of fluid. The fluid is either a liquid (e.g., water) or a gas (e.g., nitrogen, argon, air, or any other suitable gas). As the fluid exits the nozzle, it strikes the metal flow, generating turbulence, which results in the formation of droplets, which then solidify in the form of metal powder. The powder is then collected for further processing.

ノズルは、微粉化装置の重要な部分である。ノズルは極端な条件にさらされるので、製造中に摩耗を受けたり、プロセス中に詰まったりする可能性もある。 The nozzle is a crucial part of the pulverization equipment. Because nozzles are exposed to extreme conditions, they can experience wear during manufacturing or become clogged during the process.

ノズルの摩耗および起こり得る詰まりは、微粉化運動の長さに対する制限要因である。これは、生産性およびコストの問題につながる。 Nozzle wear and potential clogging are limiting factors to the length of the pulverization motion. This leads to productivity and cost issues.

本発明の目的は、微粉化の生産性を著しく低下させることなく交換されるように設計されたノズルアセンブリと、微粉化による金属粉末の連続製造中にノズルシステムを変更する方法と、を提供することによって、上述の生産性の問題に対処することである。 The object of the present invention is to address the aforementioned productivity problems by providing a nozzle assembly designed to be replaced without significantly reducing the productivity of pulverization, and a method for changing the nozzle system during the continuous production of metal powder by pulverization.

本発明は、摺動ノズルアセンブリシステムを使用し、製造中にその場で交換されることができる交換ノズルを提供することによって、ノズルアセンブリを迅速に交換する方法を提供する。本発明はさらに、前述の方法を実施するための装置に関する。 This invention provides a method for rapidly replacing nozzle assemblies by providing replacement nozzles that can be replaced in-situ during manufacturing, using a sliding nozzle assembly system. The invention further relates to an apparatus for carrying out the aforementioned method.

本発明の目的は、請求項2~9の特徴を任意に含む、請求項1に記載のノズルアセンブリを提供することによって達成される。前記ノズルアセンブリは、請求項10に記載の支持構造体と共に使用されるように設計されており、任意選択的に請求項11~15の特徴を備える。 The object of the present invention is achieved by providing the nozzle assembly according to claim 1, which optionally includes the features of claims 2 to 9. The nozzle assembly is designed for use with the support structure according to claim 10 and optionally includes the features of claims 11 to 15.

ここで、添付の図を参照して、本発明を詳細に説明し、限定を導入することなく例によって説明するが、明確にするために、微粉化塔は図1にのみ示されており、後続の図には示されていないことに留意されたい。 Here, the present invention will be described in detail with reference to the attached figures, and will be explained by example without introducing any limitations. However, for clarity, please note that the pulverization tower is shown only in Figure 1 and not in the subsequent figures.

微粉化装置の概略図である。This is a schematic diagram of a pulverization device. 本発明の一実施形態によるノズルシステム交換装置の正面斜視図である。This is a front perspective view of a nozzle system replacement device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるノズル交換装置の底面斜視図である。支持構造体は図3aに底板を有していないが、この底板は図3bに存在する。This is a bottom perspective view of a nozzle replacement device according to one embodiment of the present invention. The support structure does not have a bottom plate in Figure 3a, but this bottom plate is present in Figure 3b. 本発明の一実施形態によるノズル交換装置の底面斜視図である。支持構造体は図3aに底板を有していないが、この底板は図3bに存在する。This is a bottom perspective view of a nozzle replacement device according to one embodiment of the present invention. The support structure does not have a bottom plate in Figure 3a, but this bottom plate is present in Figure 3b. 本発明の一実施形態によるノズル交換装置に関する図2の軸I-Iによる断面正面斜視図である。This is a cross-sectional front perspective view of a nozzle replacement device according to one embodiment of the present invention, along axis I-I in Figure 2. 本発明の一実施形態によるノズルアセンブリの上面斜視図である。This is a top perspective view of a nozzle assembly according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるノズルアセンブリの底面斜視図である。This is a bottom perspective view of a nozzle assembly according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるノズルアセンブリに関する図5の軸線II-IIによる断面図である。This is a cross-sectional view of a nozzle assembly according to one embodiment of the present invention, taken along axis II-II in Figure 5. 本発明の一実施形態による支持構造体の上部を有するノズルアセンブリに関する図5の軸II-IIによる断面図である。This is a cross-sectional view of Figure 5 along axis II-II relating to a nozzle assembly having the upper part of a support structure according to one embodiment of the present invention.

以下の説明および特許請求の範囲では、様々な部分の向きは、下向き微粉化装置の通常の方向に従って定義され、当該装置において、液体金属リザーバは微粉化チャンバの上方に位置し、最も粗い微粉化粉末の最も重い部分は、重力の自然な効果によって微粉化塔の底部に回収される。したがって、方向を示す用語「上(top)」、「上(up)」、「上(upper)」、「上(above)」、「下(bottom)」、「下(low)」、「下(lower)」、「下(below)」などは、微粉化装置の前記典型的な構成に従って理解されるべきである。しかしながら、本発明は、微粉化装置の実際の取付方向に関係なく適用されることができ、現在の説明および特許請求の範囲で使用される方向の用語は、機能する微粉化装置の方向に単純に置き換えられるべきである。添付の図面において、上部および下部はそれぞれ矢印「T」および「B」で示されている。 In the following description and claims, the orientation of various parts is defined according to the usual orientation of a downward pulverizer, in which the liquid metal reservoir is located above the pulverization chamber, and the heaviest portion of the coarsest pulverized powder is collected at the bottom of the pulverization column by the natural effect of gravity. Therefore, the directional terms "top," "up," "upper," "above," "bottom," "low," "lower," "below," etc., should be understood according to the aforementioned typical configuration of the pulverizer. However, the present invention can be applied regardless of the actual mounting orientation of the pulverizer, and the directional terms used in the present description and claims should simply be replaced with the orientation of the functioning pulverizer. In the accompanying drawings, the top and bottom are indicated by the arrows "T" and "B," respectively.

「略平行」または「略垂直」とは、平行方向または垂直方向から15°を超えて逸脱することができない方向を意味する。 "Approximately parallel" or "approximately perpendicular" means a direction that cannot deviate by more than 15° from the parallel or perpendicular direction.

「上流」および「下流」という用語は、所与の方向による2つの要素の相対位置を指し、上流要素は、所与の方向に移動するときに下流要素の前に位置する。 The terms "upstream" and "downstream" refer to the relative positions of two elements in a given direction, where the upstream element is positioned in front of the downstream element when moving in the given direction.

「収容」という用語は、ある要素(収容する要素)が別の要素(収容される要素)を完全に覆うかまたは取り囲む構成を指す。 The term "containment" refers to a configuration in which one element (the containing element) completely covers or surrounds another element (the contained element).

「連続する」という用語は、表面に適用される場合、前記表面の少なくとも一部にわたって互いに接触する2つの表面を定義する。「連続する」という用語は、ボリュームに適用される場合、連続する表面を有する2つのボリュームを定義する。 The term "continuous," when applied to a surface, defines two surfaces that are in contact with each other over at least a portion of the surface. The term "continuous," when applied to a volume, defines two volumes having continuous surfaces.

「耐火性」材料は、熱、圧力、または化学的攻撃による分解に耐性があり、高温で強度および形態を保持する材料を指す。 "Fire-resistant" materials refer to materials that are resistant to decomposition by heat, pressure, or chemical attack, and that maintain their strength and shape at high temperatures.

「高圧」および「低圧」という用語は、所与の微粉化プロセスで使用される微粉化流体圧力の量を指す。「高圧」という用語は、微粉化流体ノズルを出る必要な噴霧流体圧力に達するために微粉化流体ノズルに供給するのに必要な圧力レベルを指す。「低圧」という用語は、微粉化流体ノズルの出口で正圧に達するために微粉化流体ノズルに供給するのに必要な圧力レベルを指す。 The terms "high pressure" and "low pressure" refer to the amount of pulverizing fluid pressure used in a given pulverization process. "High pressure" refers to the pressure level required to supply the pulverizing fluid nozzle in order to reach the desired spray fluid pressure exiting the nozzle. "Low pressure" refers to the pressure level required to supply the pulverizing fluid nozzle in order to reach positive pressure at the nozzle outlet.

図1を参照すると、微粉化装置100の一般的な概要が、最初に示されている。 Referring to Figure 1, a general overview of the pulverization device 100 is shown first.

溶融金属109、例えば鋼またはアルミニウムまたはチタンまたは任意の他の金属もしくは金属合金は、圧力下でノズル1に押し込むことによって、および供給回路106を経て流体供給部105から供給される流体のジェットを衝突させることによって、微細な金属液滴に微粉化される。流体は、ノズル1を出るときに金属流に当たり、微粉化塔102に入り、乱流を生成し、その結果、金属液滴で作られたスプレー110が形成され、次いで金属粉末の形態で凝固する。次いで、前記粉末は、さらなる処理のために収集される。 Molten metal 109, such as steel, aluminum, titanium, or any other metal or metal alloy, is pulverized into fine metal droplets by being forced into nozzle 1 under pressure and by impacting it with a jet of fluid supplied from fluid supply unit 105 via supply circuit 106. The fluid, upon exiting nozzle 1, strikes the metal flow and enters pulverization tower 102, generating turbulence, which results in the formation of a spray 110 made of metal droplets, which then solidifies in the form of metal powder. The powder is then collected for further processing.

説明のこの段階では、「ノズル」という用語は、一般に、液体金属が微粉化塔に入る際に通る装置を示すことに留意されたい。本発明による装置の以下の説明では、「ノズル」についてより詳細に説明し、「ノズルアセンブリ」および「ノズル交換装置」を一緒に形成するいくつかの異なる部分を含む。 At this stage of the explanation, it should be noted that the term “nozzle” generally refers to the device through which liquid metal passes as it enters the pulverization tower. The following description of the apparatus according to the present invention will describe the “nozzle” in more detail, including several different parts that together form the “nozzle assembly” and the “nozzle replacement device.”

溶融金属109は、底部にリザーバ開口部104を有する液体金属リザーバ101内に保持され、液体金属は、リザーバ開口部を通ってノズル1に流入することができる。例えば、液体金属リザーバは、液体金属がリザーバ開口部104を通ってリザーバ101から出るように強制されるチャネル103が装備されている。このチャネル103は、リザーバ開口部104を通って出る液体金属温度を制御するためにインダクタを装備することができる。 The molten metal 109 is held in a liquid metal reservoir 101 having a reservoir opening 104 at its bottom, and the liquid metal can flow into the nozzle 1 through the reservoir opening. For example, the liquid metal reservoir is equipped with a channel 103 through which the liquid metal is forced to exit the reservoir 101 via the reservoir opening 104. This channel 103 may be equipped with an inductor to control the temperature of the liquid metal exiting through the reservoir opening 104.

微粉化塔102は、通常、粉末が酸化するのを防ぐために不活性ガスで満たされている。金属液滴は、微粉化塔内に落下する間に冷却される。 The pulverization tower 102 is typically filled with an inert gas to prevent the powder from oxidizing. The metal droplets are cooled as they fall into the pulverization tower.

微粉化流体は、液体またはガスとすることができる。一般的に言えば、ガス微粉化は、高い真円度を有する粉末粒子の製造に有利である。粒子はまた、例えば水微粉化よりも酸化されにくい。一方、液体微粉化、特に水微粉化は、上述の用途に関する必要な粒径および形状が許す場合に、コスト/生産性/品質のバランスを良好にとることができる。 The micronizing fluid can be a liquid or a gas. Generally speaking, gas micronization is advantageous for producing powder particles with high roundness. The particles are also less susceptible to oxidation than, for example, those produced by water micronization. On the other hand, liquid micronization, particularly water micronization, can offer a good balance of cost, productivity, and quality when the required particle size and shape for the aforementioned applications are permitted.

ガス微粉化の場合、微粉化ガスはアルゴンまたは窒素であることが好ましい。ヘリウムも使用されることができるが、その高い熱伝導率のために、詰まりを回避するために大きな過熱(300℃を超える)が必要である。これらは両方とも、溶融粘度を他のガス、例えばヘリウムよりも遅く上昇させ、これにより、より小さい粒径の形成が促進される。それらは、化学的性質の純度を制御し、望ましくない不純物を回避し、粉末の良好な形態において役割を果たす。窒素のモル重量が14.01g/モルであるのに比してアルゴンが39.95g/モルであるので、窒素を用いるよりもアルゴンを用いる方がより微細な粒子を得ることができる。一方、窒素の比熱容量が1.04J/(gK)であるのに比してアルゴンは0.52である。したがって、窒素は粒子の冷却速度を増加させる。アルゴンは、窒素による組成物の汚染を回避するために、および溶融物の化学的性質が反応性である場合に、窒素よりも好ましい場合がある。 In gas pulverization, the pulverizing gas is preferably argon or nitrogen. Helium can also be used, but due to its high thermal conductivity, significant overheating (above 300°C) is required to avoid clogging. Both of these gases increase the melt viscosity more slowly than other gases, such as helium, thereby promoting the formation of smaller particle sizes. They play a role in controlling the purity of the chemical properties, avoiding undesirable impurities, and ensuring a good form of powder. Since the molar weight of argon is 39.95 g/mol compared to 14.01 g/mol of nitrogen, finer particles can be obtained by using argon than by using nitrogen. On the other hand, the specific heat capacity of argon is 0.52 J/(gK) compared to 1.04 J/(gK) of nitrogen. Therefore, nitrogen increases the cooling rate of the particles. Argon may be preferred over nitrogen to avoid contamination of the composition by nitrogen, and when the chemical properties of the molten material are reactive.

ガス流は、金属粉末の粒度分布および微細構造に影響を与える。特に、流れが速いほど、冷却速度は高くなる。したがって、ガス流量(kg/h)と金属流量(Kg/h)との比として定義されるガス対金属比は、好ましくは1~5の間、より好ましくは1.5~3の間に保たれる。 The gas flow affects the particle size distribution and microstructure of the metal powder. In particular, faster flow rates result in higher cooling rates. Therefore, the gas-to-metal ratio, defined as the ratio of gas flow rate (kg/h) to metal flow rate (kg/h), is preferably maintained between 1 and 5, more preferably between 1.5 and 3.

液体金属ノズルの出口直径は、溶融金属の流量、したがって粒度分布および冷却速度に影響を及ぼす。最大直径は、例えば、平均粒径の増加および冷却速度の低下を制限するために6mmに制限される。粒度分布をより正確に制御し、所望の微細構造の形成を促進するために、直径は2~3mmであることがより好ましい。 The outlet diameter of the liquid metal nozzle affects the flow rate of the molten metal, and therefore the particle size distribution and cooling rate. The maximum diameter is limited to 6 mm, for example, to limit the increase in average particle size and the decrease in cooling rate. A diameter of 2-3 mm is more preferable to more precisely control the particle size distribution and promote the formation of the desired microstructure.

微粉化によって得られる金属粉末は、技術、特に積層造形技術によりよく適合するサイズの粒子が後で使用されるために維持されるように、分級されることができる。例えば、粉末床溶融結合による積層造形の場合、15~50μmの範囲が好ましい。レーザー金属蒸着または直接金属蒸着による積層造形の場合、45~150μmの範囲が好ましい。 The metal powder obtained by micronization can be classified so that particles of a size better suited to the technology, particularly additive manufacturing technology, are maintained for later use. For example, in the case of additive manufacturing by powder bed fusion, a range of 15 to 50 μm is preferred. In the case of additive manufacturing by laser metal deposition or direct metal deposition, a range of 45 to 150 μm is preferred.

液体金属ノズル出口の形状およびサイズは、金属粉末を確実に良好な品質で製造するために重要である。しかしながら、微粉化プロセスの間、ノズル出口は、ノズル出口に加わる液体金属の圧力、液体金属によって課される高温(例えば、鋼の場合、この温度は1500℃を超える)、および液体金属ノズルの材料と液体金属との間に生じ得る化学的相互作用に起因する重大な摩耗を受ける。安定した製品品質レベルで連続微粉化プロセスを実行するためには、実行中に液体金属ノズルを変更する必要がある。微粉化プロセスは液体金属ノズルを通過する液体金属に依存するので、ノズル交換動作自体が微粉化プロセスを一時的に中断する。このため、この動作はできるだけ迅速に行われる必要がある。さらに、液体金属は圧力下にあってリザーバ開口部によって出るので、安全性および装置保護の目的でノズル交換動作中に液体金属の流れを管理する必要がある(特に微粉化塔は液体金属漏れによって損傷する可能性がある)。 The shape and size of the liquid metal nozzle outlet are crucial for ensuring the production of metal powder with good quality. However, during the pulverization process, the nozzle outlet undergoes significant wear due to the pressure of the liquid metal applied to the outlet, the high temperatures imposed by the liquid metal (e.g., over 1500°C in the case of steel), and the chemical interactions that can occur between the liquid metal nozzle material and the liquid metal. To perform a continuous pulverization process at a stable product quality level, it is necessary to change the liquid metal nozzle during operation. Since the pulverization process depends on the liquid metal passing through the nozzle, the nozzle change operation itself temporarily interrupts the pulverization process. Therefore, this operation must be performed as quickly as possible. Furthermore, since the liquid metal exits through the reservoir opening under pressure, the flow of liquid metal must be controlled during the nozzle change operation for safety and equipment protection purposes (the pulverization tower, in particular, can be damaged by liquid metal leakage).

図2~図4は、本発明の一実施形態によるノズル交換装置30を示す。この装置は、迅速な交換のために、迅速な動きでノズルを所定の場所に出し入れすることを可能にする。 Figures 2 to 4 show a nozzle replacement device 30 according to one embodiment of the present invention. This device allows for rapid movement of the nozzle to extend and retract it into a predetermined position for quick replacement.

ノズル交換装置30は、以下の要素を備える。
-少なくとも1つのノズルアセンブリ10
-ノズルアセンブリ10を保持するように意図された支持構造体20
-微粉化プロセスのために高圧微粉化流体を供給するのに適した、高圧微粉化流体供給部106および分配回路105(図示せず)
-支持構造体内で、液体金属リザーバ開口部104に略平行な方向Sにノズルアセンブリ10を移動させるように設計された機械的装置。前記機械的装置は、添付の図面には示されていない。
The nozzle replacement device 30 comprises the following elements.
- At least one nozzle assembly 10
- Support structure 20 intended to hold the nozzle assembly 10
- A high-pressure pulverizing fluid supply unit 106 and a distribution circuit 105 (not shown) suitable for supplying high-pressure pulverizing fluid for the pulverization process.
- A mechanical device designed to move the nozzle assembly 10 within the support structure in a direction S substantially parallel to the liquid metal reservoir opening 104. The mechanical device is not shown in the accompanying drawings.

支持構造体20は、ノズルアセンブリ10が液体金属リザーバ開口部104に略平行な方向Sに前記支持構造体20内を移動することができるように構成され、前記支持構造体は、以下を備える。
-リザーバ開口部と効果的に位置合わせされた液体金属入口を有するノズルアセンブリ10iを収容するように設計された、支持構造体20の部分に対応する使用中セクション20i。図2を参照すると、使用中セクションは、点線i1およびi2によって大まかに区切られている。
-ノズルアセンブリの移動方向Sを考慮した場合に、使用中セクション20iの上流に位置する支持構造体20の部分に対応する入口セクション20e
The support structure 20 is configured such that the nozzle assembly 10 can move within the support structure 20 in a direction S substantially parallel to the liquid metal reservoir opening 104, and the support structure comprises the following:
- A portion of the support structure 20 corresponding to a portion of the nozzle assembly 10i having a liquid metal inlet effectively aligned with the reservoir opening. Referring to Figure 2, the portion in use is roughly demarcated by dotted lines i1 and i2.
- Considering the direction of movement S of the nozzle assembly, the inlet section 20e corresponds to the portion of the support structure 20 located upstream of the section 20i in use.

明確にするために、添付の図面における摺動方向Sは直線方向として示されており、支持構造体20の全体的な形状は線形の直線形状である。しかしながら、湾曲した支持構造体20および関連する湾曲した摺動方向Sを使用して本発明を実施することも可能である。このような湾曲した設計は、例えば、割り当てられた容積20に適合する支持構造体20を設計するために、より一般的にはノズル交換装置30によって占有される全体の空間を減らすために望ましい場合がある。 For clarity, the sliding direction S in the attached drawings is shown as a linear direction, and the overall shape of the support structure 20 is a linear shape. However, it is also possible to carry out the present invention using a curved support structure 20 and an associated curved sliding direction S. Such a curved design may be desirable, for example, to design a support structure 20 that fits an allocated volume 20, or more generally, to reduce the overall space occupied by the nozzle exchange device 30.

図4~図8を参照すると、ノズルアセンブリ10は、以下の要素を備える。
-微粉化噴霧プロセス中に液体金属リザーバに最も近く位置するように設計された上部11であって、前記上部は上面12を有する。
-微粉化プロセス中に微粉化塔に最も近く位置するように設計された底部19であって、前記底部は底面18を有する。
-摺動方向Sを考慮した場合に、前記上面および底面を接合し、ノズルアセンブリの上流側および下流側にそれぞれ位置する上流面および下流面。
-リザーバ開口部104と位置合わせされるのに適した液体金属入口41と、微粉化塔内の液体金属流を注ぎ出すように構成された液体金属出口42とを有する液体金属ノズル40であって、前記液体金属入口41が上面12に位置し、前記液体金属出口42が底面18に位置する、液体金属ノズル。
-微粉化流体出口52を通って流れる流体が液体金属出口42から流れる液体金属流に衝突するように構成された少なくとも1つの微粉化流体入口51および微粉化流体出口52を有する微粉化流体ノズル50であって、前記微粉化流体出口52が底面18に位置している、微粉化流体ノズル。
前記ノズルアセンブリ1は、ノズルアセンブリ1が前記支持構造体20内で液体金属リザーバ開口部104に略平行な方向Sに移動することができるような構成で支持構造体20に取り付けられるように適合される。
Referring to Figures 4 to 8, the nozzle assembly 10 comprises the following elements.
- An upper part 11 is designed to be located closest to the liquid metal reservoir during the pulverization spraying process, and the upper part has an upper surface 12.
- A bottom 19 designed to be located closest to the pulverization tower during the pulverization process, the bottom having a bottom surface 18.
- When considering the sliding direction S, the upper surface and the lower surface are joined together, and the upstream surface and downstream surface are located on the upstream and downstream sides of the nozzle assembly, respectively.
A liquid metal nozzle 40 having a liquid metal inlet 41 suitable for alignment with a reservoir opening 104 and a liquid metal outlet 42 configured to pour out a liquid metal flow in a pulverization tower, wherein the liquid metal inlet 41 is located on the upper surface 12 and the liquid metal outlet 42 is located on the bottom surface 18.
A pulverizing fluid nozzle 50 having at least one pulverizing fluid inlet 51 and a pulverizing fluid outlet 52 configured such that a fluid flowing through a pulverizing fluid outlet 52 collides with a liquid metal flowing from a liquid metal outlet 42, wherein the pulverizing fluid outlet 52 is located on the bottom surface 18.
The nozzle assembly 1 is adapted to be attached to the support structure 20 in such a manner that the nozzle assembly 1 can move within the support structure 20 in a direction S substantially parallel to the liquid metal reservoir opening 104.

図2を参照すると、製造中にノズルアセンブリ1を交換するために、図には描かれていない機械的装置がノズルアセンブリ1を押し、その結果、使用中ノズルアセンブリ10iが使用中セクション20iから押し出され、使用中セクション20iに最も近い位置で入口セクション20eに位置する次のインラインノズルアセンブリ10nによって置き換えられる。この移動は非常に短時間で、例えば5秒未満で、またはさらにより優先的には2秒未満または1秒未満で行われることができるので、液体金属流はほとんど乱されず、ノズル交換に関連する生産性損失は非常に小さい。 Referring to Figure 2, in order to replace nozzle assembly 1 during manufacturing, a mechanical device (not shown in the figure) pushes nozzle assembly 1, resulting in the nozzle assembly 10i being pushed out of the section 20i and replaced by the next inline nozzle assembly 10n, located in the inlet section 20e at the closest position to the section 20i. This movement can be performed in a very short time, for example, less than 5 seconds, or even more preferably less than 2 seconds or less than 1 second, so that the liquid metal flow is hardly disturbed and the productivity loss associated with nozzle replacement is very small.

特定の実施形態では、上流面14および下流面15は相補的な形状を有し、それぞれの下流面および上流面が互いに対向して配置された2つのノズルアセンブリ10の2つの連続する液体金属ノズル入口41の間の連続する上面12を確実にする。 In certain embodiments, the upstream surface 14 and the downstream surface 15 have complementary shapes, ensuring a continuous upper surface 12 between two consecutive liquid metal nozzle inlets 41 of two nozzle assemblies 10, where the respective downstream and upstream surfaces are positioned opposite each other.

明確にするために、添付の図に示されたノズルアセンブリ10はすべて、ほぼ立方体の形状を有する。それらの上流面14および下流面15は平坦な直線面である。しかしながら、本発明を実施するために他の形状が使用されることができる。例えば、必要な形状相補性を確保するために、同じ曲率半径を維持しながら、上流平面および下流平面に曲面を使用することが可能である。このタイプの設計は、有利には、支持構造体内の2つの連続するノズルアセンブリが、一方が他方に押し付けられたときでもわずかに回転することを可能にすることができる。これは、湾曲した摺動方向Sに関連するほぼ非線形の形状を有する支持構造体を使用する場合に有利となり得る。有利には、ノズルアセンブリ10の上述の設計により、ノズル交換動作中に、使用中ノズルアセンブリ10iと次のインラインノズルアセンブリ10nとがそれらの垂直側で互いに接触し、それにより、前記ノズルアセンブリ上面12がノズル交換動作中に金属流を遮断する連続面を形成することが確保されるので、微粉化塔内に有害な液体金属漏れはない。これは、金属流を止めるためにストッパロッドなどの特定の装置を必要とせずに、ノズル交換動作を行うことができる可能性があることを意味する。さらに、ノズル交換装置は、微粉化塔に対していくつかの動作を実行する必要がある、または微粉化装置の機器のいずれかに関連する生産上の問題があるなどの産業上の理由からそうする必要がある場合に、意図的に金属流を一時的に停止するために使用されることさえできる。金属流を一時的に止めるために、使用中ノズルアセンブリ10iは、使用中セクション20iから部分的に押し出され、次のインラインノズルアセンブリ10nは、リザーバ開口部が使用中ノズルアセンブリ10iまたは次のインラインノズルアセンブリ10nのいずれかまたは両方の上面12によって遮断されるように、使用中セクションの内側に部分的に押し込まれる。 For clarity, all nozzle assemblies 10 shown in the attached figures have a substantially cubic shape. Their upstream surface 14 and downstream surface 15 are flat, straight surfaces. However, other shapes can be used to carry out the present invention. For example, it is possible to use curved surfaces for the upstream and downstream planes while maintaining the same radius of curvature to ensure the required shape complementarity. This type of design can advantageously allow two consecutive nozzle assemblies within a support structure to rotate slightly even when one is pressed against the other. This can be advantageous when using a support structure having a substantially nonlinear shape related to a curved sliding direction S. Advantageously, the above-described design of the nozzle assembly 10 ensures that during a nozzle change operation, the nozzle assembly in use 10i and the next inline nozzle assembly 10n come into contact with each other on their vertical sides, thereby ensuring that the top surface 12 of the nozzle assembly forms a continuous surface that blocks the metal flow during the nozzle change operation, so that there is no harmful liquid metal leakage within the pulverization tower. This means that it may be possible to perform a nozzle change operation without requiring specific devices such as stopper rods to stop the metal flow. Furthermore, the nozzle replacement device can even be used to intentionally temporarily halt the metal flow when it is necessary to do so for industrial reasons, such as when certain operations need to be performed on the pulverization tower or when there are production problems related to any of the pulverization equipment. To temporarily halt the metal flow, the nozzle assembly in use 10i is partially pushed out from the section in use 20i, and the next inline nozzle assembly 10n is partially pushed inward from the section in use so that the reservoir opening is blocked by the upper surface 12 of either or both of the nozzle assembly in use 10i or the next inline nozzle assembly 10n.

図5~図8に示すような特定の実施形態では、ノズル交換アセンブリ10の微粉化流体入口51は、液体金属入口41とは異なる平面に位置する。有利には、これにより、液体金属入口および微粉化流体入口への接続を独立して管理することが可能になり、これらはそれぞれ、滑らかな微粉化プロセスのために良好な気密性を必要とする。使用中ノズル10iの場合、液体金属入口41は、リザーバ開口部104と正確に位置合わせされる必要がある。一方、微粉化流体入口51は、微粉化流体供給部106に流体密に接続される必要がある(微粉化流体圧力が非常に高くなり得るので特にそうである)。液体金属入口と微粉化流体入口の両方が同じ平面に位置している場合、それらの位置を独立して調整し、またそれらに独立してアクセスするための自由度はない。しかしながら、それらが別個の平面に位置している場合、例えば、添付の図に示すように、微粉化流体入口51に対するクイックフィットシステムを提供することが可能である。前記微粉化流体入口51は、ノズルアセンブリの上面12から独立して容易にアクセスされることができる。 In specific embodiments, as shown in Figures 5 to 8, the pulverizing fluid inlet 51 of the nozzle replacement assembly 10 is located in a different plane from the liquid metal inlet 41. Advantageously, this allows for independent management of the connections to the liquid metal inlet and the pulverizing fluid inlet, each requiring good airtightness for a smooth pulverization process. For nozzles 10i in use, the liquid metal inlet 41 needs to be precisely aligned with the reservoir opening 104. Meanwhile, the pulverizing fluid inlet 51 needs to be fluid-tightly connected to the pulverizing fluid supply unit 106 (especially since the pulverizing fluid pressure can be very high). If both the liquid metal inlet and the pulverizing fluid inlet are located in the same plane, there is no freedom to independently adjust their positions and access them independently. However, if they are located in separate planes, it is possible to provide a quick-fit system for the pulverizing fluid inlet 51, for example, as shown in the accompanying figures. The pulverizing fluid inlet 51 can be easily accessed independently from the top surface 12 of the nozzle assembly.

本発明の特定の実施形態によれば、各ノズルアセンブリ1は、少なくとも一対の微粉化流体入口を形成する偶数の微粉化流体入口51を有し、各前記対について、入口は、ノズルアセンブリ1の実質的に反対側に位置する両側上の、反対側に位置する略平行な面に位置する。有利には、この構成は、微粉化噴霧ノズル50内の微粉化流体の流れのより良い分布を可能にする。 According to a particular embodiment of the present invention, each nozzle assembly 1 has an even number of pulverizing fluid inlets 51 forming at least one pair of pulverizing fluid inlets, wherein for each pair, the inlets are located on substantially parallel surfaces on opposite sides of the nozzle assembly 1, on substantially opposite sides. Advantageously, this configuration allows for a better distribution of the pulverizing fluid flow within the pulverizing spray nozzle 50.

図5~図8に示すような本発明の特定の実施形態によれば、微粉化流体出口52は実質的に環状の形状である。有利には、これにより、微粉化チャンバ内の液体金属流に衝突する均質な微粉化流体流が可能になる。 According to specific embodiments of the present invention, as shown in Figures 5 to 8, the pulverization fluid outlet 52 is substantially annular in shape. Advantageously, this allows for a homogeneous pulverization fluid flow that collides with the liquid metal flow within the pulverization chamber.

図5~図8に示すような本発明の特定の実施形態によれば、各ノズルアセンブリ10の上部11は、耐火性材料で作られた上部プレート13を備え、前記上部プレート13は、上部11内に位置する液体金属ノズル40の部分を収容する。有利には、耐火性材料の使用は、微粉化プロセス中にこの装置が受ける一般的な高い温度に対する良好な耐性を可能にし、また、ノズル交換動作中、または液体金属流を一時的に止めるためにノズル交換装置を使用するとき、あるいは寄生液体金属が漏れるときのいずれかに前記上部プレート13に衝突する可能性がある、生じ得る液体金属流に対する良好な耐性も可能にする。さらに、上部プレート13が液体金属ノズル40を収容する設計を使用することにより、上部11の容易なメンテナンスおよび組み立てが可能になり、前記上部の良好な気密性が可能になり、したがってノズル交換動作中の液体金属漏れによるノズルアセンブリの損傷が防止され、または金属流を一時的に停止するためのノズルアセンブリの使用が可能になり、または一般に微粉化動作中の損傷が防止される。 According to a specific embodiment of the present invention as shown in Figures 5 to 8, the upper part 11 of each nozzle assembly 10 comprises an upper plate 13 made of a refractory material, the upper plate 13 housing a portion of the liquid metal nozzle 40 located within the upper part 11. Advantageously, the use of a refractory material allows for good resistance to the high temperatures typically experienced by the apparatus during the pulverization process, and also provides good resistance to any resulting liquid metal flow that may strike the upper plate 13 during nozzle replacement operations, when using a nozzle replacement device to temporarily stop the liquid metal flow, or when parasitic liquid metal leaks. Furthermore, the design in which the upper plate 13 houses the liquid metal nozzle 40 allows for easy maintenance and assembly of the upper part 11, enables good airtightness of the upper part, and thus prevents damage to the nozzle assembly due to liquid metal leakage during nozzle replacement operations, or allows the use of the nozzle assembly to temporarily stop the metal flow, or generally prevents damage during pulverization operations.

本発明の特定の実施形態によれば、上面12が具備する上部プレート13の部分は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている。有利には、これにより、ノズルアセンブリ10が支持構造体20内で滑らかに摺動することが可能になり、ノズル交換動作中のノズルアセンブリ10および支持構造体20の両方の摩耗を最小限に抑える。 According to a particular embodiment of the present invention, the portion of the upper plate 13 comprising the upper surface 12 is surface-treated to reduce its coefficient of friction. Advantageously, this allows the nozzle assembly 10 to slide smoothly within the support structure 20, minimizing wear on both the nozzle assembly 10 and the support structure 20 during nozzle replacement operations.

本発明の特定の実施形態によれば、上部プレート13はグラファイトで作られる。グラファイトは、耐火性材料および低摩擦係数材料の両方であり、これにより、液体金属に対する良好な耐性および環境の一般的な熱、ならびにノズル交換動作中のノズルアセンブリおよび支持構造体の摩耗が少ないという上述の利点をもたらすことができる。 According to a particular embodiment of the present invention, the upper plate 13 is made of graphite. Graphite is both a refractory and low-friction material, which provides the aforementioned advantages of good resistance to liquid metals and general environmental heat, as well as less wear on the nozzle assembly and support structure during nozzle replacement operations.

図5~図8に示すような本発明の特定の実施形態によれば、底部19は、底部19内に位置する液体金属ノズル40の部分を収容するように設計された微粉化流体ノズル50を備える。有利には、これは、底部19の容易なメンテナンスおよび組み立てを可能にし、前記底部の良好な気密性を可能にする。この設計はまた、使用中ノズルが押し出された後に微粉化流体ノズル50が再使用され得るノズルアセンブリを提供することを可能にする。実際、使用済み液体金属ノズル40を微粉化流体ノズル50から取り外すことが可能であるが、それは、前記液体金属ノズルが微粉化流体ノズル50の容積を収容するために設けられた内部に単に挿入されているからである。これは、微粉化流体ノズルが高価な装置であるため、メンテナンスおよび運用コストの点で有利である。例えば、微噴火流体ノズル50は、ステンレス鋼で作られており、前述のように、クイックフィット入口が設けられている。例えば、微噴火流体ノズルは、図7に示すように、例えばそれらを一緒にねじ止めすることによって一緒に組み立てられる上部および底部で作られる。有利には、これにより、例えば鋳造などの従来の部品製造プロセスを依然として使用しながら、複雑な部品設計が可能になる。この二部構成はまた、液体金属ノズル40および微粉化流体ノズル50を使用前に容易に組み立て、使用後に容易に分解するのに有利に役立つことができる。 According to a particular embodiment of the present invention as shown in Figures 5 to 8, the bottom 19 comprises a pulverizing fluid nozzle 50 designed to accommodate a portion of a liquid metal nozzle 40 located within the bottom 19. Advantageously, this allows for easy maintenance and assembly of the bottom 19 and ensures good airtightness of the bottom. This design also makes it possible to provide a nozzle assembly in which the pulverizing fluid nozzle 50 can be reused after the nozzle has been pushed out during use. In fact, it is possible to remove the used liquid metal nozzle 40 from the pulverizing fluid nozzle 50 because the liquid metal nozzle is simply inserted into an interior provided to accommodate the volume of the pulverizing fluid nozzle 50. This is advantageous in terms of maintenance and operating costs, as the pulverizing fluid nozzle is an expensive device. For example, the pulverizing fluid nozzle 50 is made of stainless steel and, as described above, is provided with a quick-fit inlet. For example, the pulverizing fluid nozzle is made of a top and bottom that are assembled together, for example, by screwing them together, as shown in Figure 7. Advantageously, this allows for complex part designs while still utilizing conventional part manufacturing processes, such as casting. This two-part configuration also advantageously facilitates easy assembly of the liquid metal nozzle 40 and the pulverizing fluid nozzle 50 before use and easy disassembly after use.

本発明の特定の実施形態によれば、図4および図8に示すように、支持構造体20は、ノズルアセンブリ10の上面12と連続するように設計された上部21を備え、前記上部の使用中部分21iは、以下を備える。
-中間液体金属ノズル22であって、その上側23でリザーバ開口部104に接続され、その底側24で使用中ノズルアセンブリ10iの液体金属入口41に接続されるように構成された中間液体金属ノズル22
-前記中間液体金属ノズル22を収容する上部プレート25
According to a particular embodiment of the present invention, as shown in Figures 4 and 8, the support structure 20 includes an upper part 21 designed to be continuous with the upper surface 12 of the nozzle assembly 10, and the working portion 21i of the upper part includes the following:
- An intermediate liquid metal nozzle 22, configured to be connected at its upper end 23 to the reservoir opening 104 and at its bottom end 24 to the liquid metal inlet 41 of the nozzle assembly 10i in use.
- Upper plate 25 housing the intermediate liquid metal nozzle 22

実際に、この実施形態は、液体金属が流れるノズルを、支持構造体20内に一体化された非可動部分である中間ノズル22と、上述のノズル交換動作のおかげで微粉化動作中に容易に交換されることができるノズルアセンブリ10の液体金属ノズル40との2つの別個の部分に分離することを可能にする。有利には、これは、液体金属出口42であるノズルの最も重要な部分を容易に交換することを可能にすると同時に、前記リザーバ開口部ならびに例えばチャネル103などの液体金属リザーバ101の関連部分の摩耗をもたらすであろうノズルの可動部分とリザーバ開口部104との間の接触を回避する。さらに、中間液体金属ノズル22を収容する上部プレート25を設けることにより、微粉化動作が終了した後に中間液体金属ノズル22を引き出して交換することが可能になり、装置の良好な気密性および安定性を確保する。 In fact, this embodiment allows the nozzle through which the liquid metal flows to be separated into two distinct parts: an intermediate nozzle 22, which is a non-movable part integrated within the support structure 20, and a liquid metal nozzle 40 of the nozzle assembly 10, which can be easily replaced during the pulverization operation thanks to the nozzle replacement operation described above. Advantageously, this allows for easy replacement of the most critical part of the nozzle, which is the liquid metal outlet 42, while simultaneously avoiding contact between the movable part of the nozzle and the reservoir opening 104, which would result in wear on the reservoir opening and related parts of the liquid metal reservoir 101, such as the channel 103. Furthermore, by providing an upper plate 25 that houses the intermediate liquid metal nozzle 22, it becomes possible to pull out and replace the intermediate liquid metal nozzle 22 after the pulverization operation is complete, ensuring good airtightness and stability of the apparatus.

本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体の使用中セクションの上部プレート25は、耐火性材料で作られる。有利には、これは、微粉化プロセス中にこの装置が受ける一般的な高温に対する良好な耐性を可能にし、また、寄生液体金属漏れから生じる得る液体金属流に対する良好な耐性も可能にする。 According to a particular embodiment of the present invention, the upper plate 25 of the in-use section of the support structure is made of a fire-resistant material. Advantageously, this allows for good resistance to the typical high temperatures the apparatus experiences during the pulverization process, and also good resistance to liquid metal flow that may result from parasitic liquid metal leakage.

本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体の使用中セクションの上部プレート25の部分の底面26は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている。有利には、これにより、ノズルアセンブリ10が支持構造体20内の使用中セクション20iにおいて滑らかに摺動することが可能になり、ノズル交換動作中のノズルアセンブリ10および支持構造体20の両方の摩耗を最小限に抑える。 According to a particular embodiment of the present invention, the bottom surface 26 of the portion of the upper plate 25 of the support structure in use is surface-treated to reduce its coefficient of friction. Advantageously, this allows the nozzle assembly 10 to slide smoothly within the support structure 20 in use section 20i, minimizing wear on both the nozzle assembly 10 and the support structure 20 during nozzle replacement operations.

本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体の使用中セクションの上部プレート25は、グラファイトで作られる。グラファイトは、耐火性材料および低摩擦係数材料の両方であり、これにより、液体金属に対する良好な耐性および環境の一般的な熱、ならびにノズル交換動作中のノズルアセンブリおよび支持構造体の摩耗が少ないという上述の利点をもたらすことができる。 According to a particular embodiment of the present invention, the upper plate 25 of the in-use section of the support structure is made of graphite. Graphite is both a refractory and low-friction material, which provides the aforementioned advantages of good resistance to liquid metal and general environmental heat, as well as less wear on the nozzle assembly and support structure during nozzle replacement operations.

図2~図4に示すような本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体20は、ノズルアセンブリ10の底部19を支持するように構成された底部29をさらに備える。有利には、これは、ノズルアセンブリが底部から支持されるので、ノズル交換装置のより良好な機械的安定性を可能にする。 According to a specific embodiment of the present invention as shown in Figures 2 to 4, the support structure 20 further comprises a bottom 29 configured to support the bottom 19 of the nozzle assembly 10. Advantageously, this allows for better mechanical stability of the nozzle exchange device, as the nozzle assembly is supported from the bottom.

本発明の特定の実施形態によれば、ノズル交換装置30は、低圧流体供給部および分配回路(添付の図には示されていない)をさらに備え、
-少なくとも次のインラインノズルアセンブリ10nは、前記低圧流体供給部に接続されたその微粉化流体供給入口のうちの少なくとも1つを有し、
-使用中ノズルアセンブリ10iは、高圧微粉化流体供給部に接続されたその微粉化流体供給入口のうちの少なくとも1つを有する。
According to a particular embodiment of the present invention, the nozzle replacement device 30 further comprises a low-pressure fluid supply unit and a distribution circuit (not shown in the accompanying figures),
- At least the following inline nozzle assembly 10n has at least one of its pulverizing fluid supply inlets connected to the low-pressure fluid supply unit,
- The nozzle assembly 10i in use has at least one of its pulverizing fluid supply inlets connected to the high-pressure pulverizing fluid supply unit.

次のインラインノズルアセンブリ10nを低圧流体回路に接続することによって、前記次のインラインノズルアセンブリ10nの微粉化流体出口52において正圧が確保される。有利には、これは、一般に、微粉化流体出口52および微粉化流体ノズル50を、微粉化塔内に存在し得る浮遊金属粉末粒子による汚染から保護する。実際、例えば5マイクロメートル未満の直径を有する金属粒子などの非常に小さな直径の金属粒子が微粉化塔内を飛び回り、微粉化塔の適切な装置によって容易に捕捉されないことが知られている。これらの浮遊粒子は、微粉化流体ノズルを詰まらせて損傷させる可能性があり、使用中の位置にあるときにその良好な機能を損ない、また、洗浄またはメンテナンスなしにその後の実行で再使用することをより困難にする。金属粉末汚染を防止するために低圧流体を使用することは、既存の流体入口52を有利に利用し、この目的のために高価な高圧流体を浪費することを回避し、また、次のインラインノズルアセンブリ10nから出る流体と使用中ノズルアセンブリ10iから出る高圧流体との間に負の相互作用が生じないことを確実にする。 By connecting the next inline nozzle assembly 10n to the low-pressure fluid circuit, positive pressure is ensured at the pulverizing fluid outlet 52 of the next inline nozzle assembly 10n. Advantageously, this generally protects the pulverizing fluid outlet 52 and the pulverizing fluid nozzle 50 from contamination by suspended metal powder particles that may be present in the pulverization tower. In fact, it is known that very small diameter metal particles, such as those with a diameter of less than 5 micrometers, can fly around in the pulverization tower and are not easily captured by the appropriate equipment of the pulverization tower. These suspended particles can clog and damage the pulverizing fluid nozzles, impairing their good function when in use and making them more difficult to reuse in subsequent runs without cleaning or maintenance. Using low-pressure fluid to prevent metal powder contamination advantageously utilizes the existing fluid inlet 52, avoids wasting expensive high-pressure fluid for this purpose, and ensures that no negative interaction occurs between the fluid exiting the next inline nozzle assembly 10n and the high-pressure fluid exiting the nozzle assembly 10i in use.

本発明の特定の実施形態によれば、低圧流体供給部および分配回路で使用される流体は、微粉化流体と同じ流体である。有利には、これは、既存の流体入口52および微粉化流体ノズル50の流体循環チャンバを最適に利用する。実際、これらは微粉化流体の流れのために構成されている。 According to a particular embodiment of the present invention, the fluid used in the low-pressure fluid supply and distribution circuit is the same fluid as the pulverizing fluid. Advantageously, this optimally utilizes the existing fluid circulation chambers of the fluid inlet 52 and the pulverizing fluid nozzle 50. In fact, these are configured for the flow of the pulverizing fluid.

本発明の特定の実施形態によれば、低圧流体供給部は、微粉化プロセスでの使用によって減圧された後に回収された再循微粉化流体の少なくとも一部を含む。有利には、利用可能な使用済微粉化流体を使用することで、コストおよび効率の利益をもたらすことができる。 According to a particular embodiment of the present invention, the low-pressure fluid supply unit includes at least a portion of the recirculated pulverizing fluid recovered after being depressurized by use in the pulverizing process. Advantageously, using available spent pulverizing fluid can provide cost and efficiency benefits.

本発明の特定の実施形態によれば、少なくとも使用中ノズルアセンブリ20iおよび次のインラインノズルアセンブリ20nは、高圧回路および低圧回路の両方に接続され、ノズル交換装置30は、各ノズルアセンブリの低圧回路と高圧回路とを切り替えるために、各ノズルアセンブリのバルブシステムをさらに備える。有利には、これは、上述の低圧流体吹き込みシステムを実装して、ノズル交換動作の実行時に流体供給接続を管理する必要なく金属粉末汚染を防止することを可能にし、新しい使用中ノズル10iの流体供給部は、バルブシステムを操作することによってノズル交換動作中に高圧流体供給部に切り替えられる。 According to a particular embodiment of the present invention, at least the nozzle assembly in use 20i and the subsequent in-line nozzle assembly 20n are connected to both high-pressure and low-pressure circuits, and the nozzle exchange device 30 further comprises a valve system for each nozzle assembly to switch between the low-pressure and high-pressure circuits of each nozzle assembly. Advantageously, this allows the implementation of the aforementioned low-pressure fluid injection system to prevent metal powder contamination without the need to manage the fluid supply connection during nozzle exchange operations, and the fluid supply section of the new nozzle in use 10i is switched to the high-pressure fluid supply section during nozzle exchange operations by operating the valve system.

本発明の特定の実施形態によれば、ノズル交換装置30は、ノズルアセンブリ流体入口51への流体供給部を高圧回路と低圧回路との間で切り替えるように設計されたリニアアクチュエータをさらに備える。有利には、これにより、高圧流体供給部および低圧流体供給部の両方への接続のために同じ組の流体入口51を使用することが可能になり、それによって微粉化流体ノズル50の設計およびメンテナンスが簡素化される。 According to a particular embodiment of the present invention, the nozzle exchange device 30 further comprises a linear actuator designed to switch the fluid supply to the nozzle assembly fluid inlet 51 between a high-pressure circuit and a low-pressure circuit. Advantageously, this allows the same set of fluid inlets 51 to be used for connections to both the high-pressure and low-pressure fluid supply sections, thereby simplifying the design and maintenance of the pulverizing fluid nozzle 50.

本発明の特定の実施形態によれば、ノズル交換装置30は、使用中の液体金属ノズル出口の材料摩耗のレベルを監視するように構成された、添付の図には示されていない液体金属ノズル摩耗検出器をさらに備える。有利なことに、これは、最適な時間にノズル交換動作を実行することを可能にし、それによって微粉化プロセスの品質および生産性を低下させることなく、使用中ノズルアセンブリの最大限の効率的な使用を保証する。 According to a particular embodiment of the present invention, the nozzle replacement device 30 further comprises a liquid metal nozzle wear detector (not shown in the accompanying figures) configured to monitor the level of material wear at the liquid metal nozzle outlet during use. Advantageously, this allows the nozzle replacement operation to be performed at an optimal time, thereby ensuring the maximum efficient use of the nozzle assembly during use without compromising the quality and productivity of the pulverization process.

本発明の特定の実施形態によれば、図4に示すように、ノズル交換装置30は、リザーバ開口部104を通って出る液体金属流を遮断するように設計されたストッパロッド108をさらに備える。例えば、ストッパロッドは、液体金属流を止めるために、チャネル103の入口を遮断するように下方に移動される。有利には、ストッパロッドの存在は、例えば動作理由から、またはノズルを交換するために、必要なときに金属流を停止させる可能性を確保する。これにより、ノズル交換動作中の液体金属の漏れをさらに防止することができる。 According to a particular embodiment of the present invention, as shown in Figure 4, the nozzle replacement device 30 further comprises a stopper rod 108 designed to block the liquid metal flow exiting through the reservoir opening 104. For example, the stopper rod is moved downward to block the inlet of the channel 103 in order to stop the liquid metal flow. Advantageously, the presence of the stopper rod ensures the possibility of stopping the metal flow when necessary, for example, for operational reasons or to replace the nozzle. This further prevents leakage of liquid metal during nozzle replacement operations.

本発明の特定の実施形態によれば、図4に示すように、前記ストッパロッド108は、中空容積109を収容し、ロッド開口部110をさらに備え、当該ロッド開口部を介して、ストッパロッド108が液体金属流を止めるために使用されるときに、ストッパロッドの下に残っている液体金属を液体金属出口42を通って押し出すために、ストッパロッドの下の液体金属に圧力が加えられることができる。実際、液体金属流を止めるためにストッパロッドを動作させるとき、液体金属ノズル40内に含まれる液体金属の部分は、もはや液体金属リザーバ内の液体金属から来る圧力にさらされない。結果として、これは液体金属が液体金属ノズル40を通って流れるのを停止させ、これは液体金属ノズル40内の金属の凍結につながる可能性があり、ストッパロッドが持ち上げられた後にそれを再び使用することを不可能にする。さらに、液体金属コラムは、液体金属ノズル40の上方で(例えば、中間ノズル22内またはリザーバ開口部104内で)さらに凝固することができる。これは、ノズルアセンブリ10と支持構造体または液体金属リザーバとの間に凝固した金属の固体接続を形成し、ノズルアセンブリ10の摺動運動を阻止し、したがってノズル交換装置30の全体的な機能を効果的に阻止する。これを防止するために、上述の中空ストッパロッド108を使用することが有利であり、当該ストッパロッドはロッド開口部110を有し、当該ロッド開口部を介して、ストッパロッド108が液体金属流を止めるために使用されるときに、ストッパロッドの下に残っている液体金属を液体金属出口42を通って押し出すために、ストッパロッドの下の液体金属に圧力が加えられることができる。例えば、ストッパロッドを押し出し、上述の有害な凝固を防止するために、ストッパロッドの下の液体金属コラムに圧力を加えるために、ロッド開口部110を通って流体を吹き付けることができる。例えば、ストッパロッドは、中空容積109内で下方に摺動することができ、したがって中空容積109内の流体を圧縮して、ストッパロッドの下に残っている液体金属を押し出すのに必要な圧力を加えることができる内側ロッドをさらに備えることができる。 According to a particular embodiment of the present invention, as shown in Figure 4, the stopper rod 108 houses a hollow volume 109 and further comprises a rod opening 110 through which pressure can be applied to the liquid metal below the stopper rod to push the liquid metal remaining below the stopper rod through the liquid metal outlet 42 when the stopper rod 108 is used to stop the liquid metal flow. In fact, when the stopper rod is operated to stop the liquid metal flow, the portion of liquid metal contained within the liquid metal nozzle 40 is no longer subjected to the pressure coming from the liquid metal in the liquid metal reservoir. As a result, this stops the liquid metal from flowing through the liquid metal nozzle 40, which may lead to the freezing of the metal within the liquid metal nozzle 40, making it impossible to use the stopper rod again after it has been lifted. Furthermore, the liquid metal column may solidify further above the liquid metal nozzle 40 (for example, within the intermediate nozzle 22 or within the reservoir opening 104). This forms a solid connection of solidified metal between the nozzle assembly 10 and the support structure or liquid metal reservoir, preventing the sliding motion of the nozzle assembly 10 and thus effectively hindering the overall function of the nozzle exchange device 30. To prevent this, it is advantageous to use the aforementioned hollow stopper rod 108, which has a rod opening 110 through which pressure can be applied to the liquid metal below the stopper rod to push the liquid metal remaining below the stopper rod through the liquid metal outlet 42 when the stopper rod 108 is used to stop the liquid metal flow. For example, fluid can be blown through the rod opening 110 to apply pressure to the liquid metal column below the stopper rod in order to push out the stopper rod and prevent the aforementioned harmful solidification. For example, the stopper rod may further include an inner rod that can slide downward within a hollow volume 109, and thus compress the fluid within the hollow volume 109 to apply the pressure necessary to push out the liquid metal remaining below the stopper rod.

本発明の特定の実施形態によれば、微粉化プロセス中に使用中ノズルアセンブリ10iの底部19に上向きの圧力が加えられ、前記上向きの圧力は、液体金属流から生じる下向きの圧力を打ち消すように構成される。有利には、これにより、使用中ノズルアセンブリ10iが微粉化プロセス中に定位置に強固に保持され、寄生せん断応力または振動などによって動かないことを確実にすることができる。さらに、これは支持構造体も保護する。実際、液体金属ノズル20を通る液体金属流によって加えられる下向きの圧力は、使用中ノズルアセンブリ10iによって支持構造体20に加えられる下向きの圧力をもたらす。この圧力が意図的に逆上向きの圧力を加えることによって補償されない場合、前記圧力の全負荷が支持構造体20によって支えられ、機械的摩耗、反り、変形、およびその後のメンテナンスの問題をもたらす可能性がある。このような考慮事項は、微粉化動作が高温を生成し、したがって支持構造体が高温および高い機械的負荷の両方にさらされ、クリープなどのよく知られている現象に起因して早期故障をもたらす可能性があることを考慮すると、一層重要である。 According to a specific embodiment of the present invention, an upward pressure is applied to the bottom 19 of the nozzle assembly 10i in use during the pulverization process, and this upward pressure is configured to counteract the downward pressure arising from the liquid metal flow. Advantageously, this ensures that the nozzle assembly 10i in use is firmly held in place during the pulverization process and does not move due to parasitic shear stress or vibration. Furthermore, this also protects the support structure. In fact, the downward pressure applied by the liquid metal flow through the liquid metal nozzle 20 results in a downward pressure applied to the support structure 20 by the nozzle assembly 10i in use. If this pressure is not compensated by intentionally applying an upward counter-pressure, the entire load of this pressure is supported by the support structure 20, potentially leading to mechanical wear, warping, deformation, and subsequent maintenance problems. Such considerations are all the more important when considering that the pulverization operation generates high temperatures, and therefore the support structure is exposed to both high temperatures and high mechanical loads, potentially leading to premature failure due to well-known phenomena such as creep.

上述の装置を実装するノズル交換動作は、以下のステップ、すなわち、
A/前述のノズル交換装置を提供するステップと、
B/摺動方向Sへのノズルアセンブリの移動を作動させるために機械的装置を動作させるステップと、
C/使用中ノズルアセンブリを支持構造体の使用中セクションから押し出し、新しい使用中ノズルになる次のインラインノズルと交換するステップと、
を備える。
The nozzle replacement operation for implementing the above-mentioned device consists of the following steps:
A/ The step of providing the aforementioned nozzle replacement device,
B/A step of operating a mechanical device to activate the movement of the nozzle assembly in the sliding direction S,
C/ The step of extruding the nozzle assembly in use from the in-use section of the support structure and replacing it with the next inline nozzle which will become the new nozzle in use,
It is equipped with.

ノズル交換動作は、任意選択的に、新しい使用中のノズルへの流体供給部を低圧流体供給部から高圧微粉化流体供給部に切り替える追加のステップを備える。前記ステップは、バルブシステム、またはリニアアクチュエータ、または前記高圧流体供給源と低圧流体供給源との間の迅速な切り替えを実行するのに適した任意の他のシステムを使用することによって実行される。 The nozzle replacement operation optionally includes an additional step of switching the fluid supply to the new, in-use nozzle from a low-pressure fluid supply to a high-pressure pulverizing fluid supply. This step is performed by using a valve system, a linear actuator, or any other system suitable for rapid switching between the high-pressure and low-pressure fluid sources.

ノズル交換動作は、任意選択的に、ノズル交換動作を作動させる適切な瞬間を決定するために、使用中の液体金属ノズル出口の材料摩耗のレベルを監視するように構成された液体金属ノズル摩耗検出器の情報を使用する追加のステップを含む。 The nozzle replacement operation optionally includes an additional step of using information from a liquid metal nozzle wear detector configured to monitor the level of material wear at the liquid metal nozzle outlet in use, in order to determine the appropriate moment to activate the nozzle replacement operation.

ノズル交換動作は、任意選択的に、上述のステップBの前に、リザーバ開口部104からの液体金属流を止めるためにストッパロッドを移動させる追加のステップを備える。 The nozzle replacement operation optionally includes an additional step before step B described above, in which the stopper rod is moved to stop the liquid metal flow from the reservoir opening 104.

ノズル交換動作は、任意選択的に、上述のステップBの前に、ストッパロッドの下に残っている液体金属を液体金属出口42を通って押し出すために、ストッパロッドの下の液体金属に圧力を加える追加のステップを備える。 The nozzle replacement operation optionally includes an additional step before step B described above, in which pressure is applied to the liquid metal below the stopper rod to push the remaining liquid metal through the liquid metal outlet 42.

ノズル交換動作は、任意選択的に、上述のステップCの後に、使用中ノズルアセンブリの底部に上向きの圧力を加える追加のステップを備える。 The nozzle replacement operation optionally includes an additional step after step C described above, in which upward pressure is applied to the bottom of the nozzle assembly in use.

Claims (15)

液体金属リザーバ(101)内に保持されてリザーバ開口部(104)を通って前記液体金属リザーバから出る液体金属(109)が、微粉化流体によって微粉化されて、微粉化塔(102)内に金属スプレー(110)を形成する、液体金属微粉化プロセスでの使用に適したノズルアセンブリ(10)であって、前記ノズルアセンブリ(10)は、
-微粉化プロセス中に液体金属リザーバ(101)に最も近く位置するように設計された上部(11)であって、上面(12)を有する前記上部(11)と、
-微粉化プロセス中に微粉化塔(102))に最も近く位置するように設計された底部(19)であって、底面(18)を有する前記底部(19)と、
-摺動方向Sを考慮した場合に、前記上面(12)および底面(18)を接合し、ノズルアセンブリの上流側および下流側にそれぞれ位置する上流面(14)および下流面(15)と、
-リザーバ開口部(104)と位置合わせされるのに適した液体金属入口(41)と、微粉化塔(102)内の液体金属流を注ぎ出すように構成された液体金属出口(42)とを有する液体金属ノズル(40)であって、前記液体金属入口(41)は上面(12)に位置し、前記液体金属出口(42)は底面(18)に位置する、液体金属ノズル(40)と、
-少なくとも1つの微粉化流体入口(51)および微粉化流体出口(52)を有し、微粉化流体出口(52)を通って流れる流体が液体金属出口(42)から流れる液体金属流に衝突するように構成された微粉化流体ノズル(50)であって、前記微粉化流体出口(52)は底面(18)に位置している、微粉化流体ノズル(50)と、
を備え、
前記ノズルアセンブリ(10)は、ノズルアセンブリ(10)が支持構造体(20)内で液体金属リザーバ開口部(104)に平行な摺動方向Sに移動することができるような構成で前記支持構造体(20)に取り付けられるように適合される、ノズルアセンブリ(10)。
A nozzle assembly (10) suitable for use in a liquid metal pulverization process, wherein liquid metal (109) held in a liquid metal reservoir (101) and exiting the liquid metal reservoir through a reservoir opening (104) is pulverized by a pulverizing fluid to form a metal spray (110) in a pulverization tower (102), the nozzle assembly (10) is,
- An upper part (11) designed to be located closest to the liquid metal reservoir (101) during the pulverization process, the upper part (11) having an upper surface (12),
- A bottom (19) designed to be located closest to the pulverization tower (102) during the pulverization process, the bottom (19) having a bottom surface (18),
- When considering the sliding direction S, the upper surface (12) and the lower surface (18) are joined, and the upstream surface (14) and the downstream surface (15) located on the upstream and downstream sides of the nozzle assembly,
- A liquid metal nozzle (40) having a liquid metal inlet (41) suitable for alignment with a reservoir opening (104) and a liquid metal outlet (42) configured to pour out the liquid metal flow in the pulverization tower (102), wherein the liquid metal inlet (41) is located on the top surface (12) and the liquid metal outlet (42) is located on the bottom surface (18),
- A pulverizing fluid nozzle (50) having at least one pulverizing fluid inlet (51) and a pulverizing fluid outlet (52), configured such that the fluid flowing through the pulverizing fluid outlet (52) collides with the liquid metal flowing from the liquid metal outlet (42), wherein the pulverizing fluid outlet (52) is located at the bottom surface (18),
Equipped with,
The nozzle assembly (10) is adapted to be mounted on the support structure (20) in such a configuration that the nozzle assembly (10) can move within the support structure (20) in a sliding direction S parallel to the liquid metal reservoir opening (104).
上流面(14)および下流面(15)は相補的な形状を有し、これらの形状は、互いに対向するように配置されたそれぞれの上流面(14)および下流面(15)を有する2つのノズルアセンブリ(10)の2つの連続する液体金属ノズル入口(41)の間上面(12)を連続させている、請求項1に記載のノズルアセンブリ(10)。 The nozzle assembly (10) according to claim 1, wherein the upstream surface (14) and the downstream surface (15) have complementary shapes, and these shapes connect the upper surface (12) between two consecutive liquid metal nozzle inlets (41) of two nozzle assemblies (10) having their respective upstream surfaces (14) and downstream surfaces (15) arranged to face each other. 少なくとも1つの噴霧流体入口(51)は、液体金属入口(41)とは異なる平面に位置する、請求項1または2に記載のノズルアセンブリ(10)。 The nozzle assembly (10) according to claim 1 or 2, wherein at least one spray fluid inlet (51) is located in a plane different from that of the liquid metal inlet (41). 少なくとも一対の噴霧流体入口(51)を形成する偶数の微粉化流体入口(51)を有し、各前記少なくとも一対について、入口(51)は、ノズルアセンブリ(10)の互いに反対側の両側上の、互いに反対側の平行な面に位置する、請求項1または3のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ。 The nozzle assembly according to any one of claims 1 or 3, having an even number of pulverizing fluid inlets (51) forming at least one pair of spray fluid inlets (51), wherein for each at least pair, the inlets (51) are located on opposite parallel surfaces on opposite sides of the nozzle assembly (10). 微粉化流体出口(52)は環状の形状である、請求項1~4のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(10)。 The nozzle assembly (10) according to any one of claims 1 to 4, wherein the pulverizing fluid outlet (52) has an annular shape. 上部(11)は耐火性材料でできている上部プレート(13)を備え、前記上部プレート(13)は、上部(11)内に位置する液体金属ノズル(40)の部分を収容するように設計されている、請求項1~5のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(10)。 The nozzle assembly (10) according to any one of claims 1 to 5, wherein the upper part (11) comprises an upper plate (13) made of a fire-resistant material, and the upper plate (13) is designed to accommodate a portion of a liquid metal nozzle (40) located within the upper part (11). 上面(12)に含まれる上部プレート(13)の部分は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている、請求項6に記載のノズルアセンブリ(10)。 The nozzle assembly (10) according to claim 6, wherein the portion of the upper plate (13) included in the upper surface (12) is surface-treated to reduce its coefficient of friction. 上部プレート(13)はグラファイトで出来ている、請求項6または7に記載のノズルアセンブリ(10)。 The nozzle assembly (10) according to claim 6 or 7, wherein the upper plate (13) is made of graphite. 底部(19)は、底部(19)内に位置する液体金属ノズル(40)の部分を収容するように設計された微粉化流体ノズル(50)を備える、請求項1~8のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ(10)。 The nozzle assembly (10) according to any one of claims 1 to 8, wherein the bottom portion (19) comprises a pulverizing fluid nozzle (50) designed to accommodate a portion of the liquid metal nozzle (40) located within the bottom portion (19). 液体金属リザーバ(101)内に保持されてリザーバ開口部(104)を通って前記液体金属リザーバから出る液体金属(109)が微粉化流体によって微粉化されて、微粉化塔(102)内で金属スプレー(110)を形成する、液体金属微粉化プロセスでの使用に適した、請求項1~9のいずれか一項に記載の少なくとも1つのノズルアセンブリ(10)を保持するように設計された支持構造体(20)であって、前記支持構造体(20)は、ノズルアセンブリ(10)が液体金属リザーバ開口部(104)に平行な方向Sに前記支持構造体(20)内を移動することができるように構成され、前記支持構造体(20)は、
-使用中ノズルアセンブリ(10i)を収容するように設計された支持構造体(20)の部分に対応する使用中セクション(20i)であって、前記使用中ノズルアセンブリ(20i)は、リザーバ開口部(104)と効果的に位置合わせされたその液体金属入口(41)を有する、使用中セクション(20i)と、
-摺動方向Sを考慮した場合に、使用中セクション(20i)の上流に位置する支持構造体(20)の部分に対応する入口セクション(20e)と、
をさらに備える支持構造体(20)。
A support structure (20) designed to hold at least one nozzle assembly (10) according to any one of claims 1 to 9, suitable for use in a liquid metal pulverization process in which liquid metal (109) held in a liquid metal reservoir (101) and exiting the liquid metal reservoir through a reservoir opening (104) is pulverized by a pulverizing fluid to form a metal spray (110) in a pulverization tower (102), wherein the support structure (20) is configured such that the nozzle assembly (10) can move within the support structure (20) in a direction S parallel to the liquid metal reservoir opening (104), and the support structure (20) is
- A working section (20i) corresponding to a portion of a support structure (20) designed to house a nozzle assembly (10i) in use, wherein the nozzle assembly (20i) has a liquid metal inlet (41) effectively aligned with a reservoir opening (104),
- Considering the sliding direction S, the inlet section (20e) corresponds to the portion of the support structure (20) located upstream of the section in use (20i),
A support structure (20) further comprising the above.
ノズルアセンブリ(10)の上面(12)と連続するように設計された上部(21)をさらに備え、前記上部(21i)の使用中部分は、
-中間液体金属ノズル(22)であって、その上側(23)でリザーバ開口部(104)に接続され、その底側(24)で使用中ノズルアセンブリ(20i)の液体金属入口(41)に接続されるように適合された中間液体金属ノズル(22)と、
-前記中間液体金属ノズル(22)を収容する上部プレート(25)と、
を備える、請求項10に記載の支持構造体(20)。
The nozzle assembly (10) further comprises an upper part (21) designed to be continuous with the upper surface (12), the portion of the upper part (21i) in use is
- An intermediate liquid metal nozzle (22) is fitted to be connected at its upper side (23) to a reservoir opening (104) and at its bottom side (24) to a liquid metal inlet (41) of a nozzle assembly (20i) in use,
- An upper plate (25) that houses the intermediate liquid metal nozzle (22),
The support structure (20) according to claim 10, comprising:
支持構造体の使用中セクションの上部プレート(25)は耐火性材料でできている、請求項11に記載の支持構造体(20)。 The support structure (20) according to claim 11, wherein the upper plate (25) of the section of the support structure in use is made of a fire-resistant material. 支持構造体の使用中セクションの上部プレート(26)の底面は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている、請求項12に記載の支持構造体(20)。 The support structure (20) according to claim 12, wherein the bottom surface of the upper plate (26) of the section of the support structure in use is surface-treated to reduce its coefficient of friction. 支持構造体の使用中セクションの上部プレート(25)はグラファイトでできている、請求項12に記載の支持構造体(20)。 The support structure (20) according to claim 12, wherein the upper plate (25) of the section of the support structure in use is made of graphite. ノズルアセンブリ(10)の底部(19)を支持するように構成された底部(29)をさらに備える、請求項10~14のいずれか一項に記載の支持構造体(20)。
The support structure (20) according to any one of claims 10 to 14, further comprising a bottom (29) configured to support the bottom (19) of the nozzle assembly (10).
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